上海申弘閥門有限公司
城市天然氣管網(wǎng)的壓力一般較高(0．4～1．6MPa)，輸氣管網(wǎng)中含有沙質(zhì)粉塵，在高壓下對閥門的內(nèi)腔，尤其對密封件形成較強的沖擊力。因此天然氣閥門全開或全關(guān)時，密封面與天然氣介質(zhì)不接觸。以下介紹幾種適用于天然氣輸配系統(tǒng)的閥門。
1 天然氣閥門的要求
1．1 地下管網(wǎng)閥門的要求
地下管網(wǎng)的閥門應(yīng)能承受天然氣管網(wǎng)的高壓力，在承受各種外力時要保證不變形和密封性。選擇時應(yīng)注意以下幾點：
①盡可能降低閥門的高度(即閥門流通斷面中心線到閥頂?shù)母叨?，減少管道埋深。
②閥門頂部應(yīng)裝有全封閉的啟閉指示器，便于操作者確定閥門的狀態(tài)，保證安全操作。
③閥門采用全通徑設(shè)計降低阻力，便于通過管道清掃器或管道探測器。
④可靠的密封性。軟密封閥門在1．1倍額定壓力下不允許有任何內(nèi)泄漏；硬密封閥門在1．1倍額定壓力下，內(nèi)泄漏量要小于規(guī)定值；外泄漏是不允許的。
⑤地下管網(wǎng)天然氣閥門的殼體要耐腐蝕，建議其殼體根據(jù)管道天然氣的成分和壓力采用不同的材質(zhì)。
⑥閥門的零部件設(shè)計采用少維護或免維護結(jié)構(gòu)，盡可能減少維護的工作量。
⑦地下管網(wǎng)的閥門大多為人工啟閉，要求閥門啟閉的扭矩小，全程轉(zhuǎn)圈數(shù)少，事故發(fā)生后能夠盡快切斷氣源。
⑧我國城市地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，不宜設(shè)置地下閥門井，因此直埋式閥門。
天然氣是一種非常有發(fā)慌前景的清潔能源。天然氣在燃燒過程中乎沒有煙塵及二氧化硫的排放，二氧化碳拜謝量也遠小于燃用石油的煤碳。隨著我國城鎮(zhèn)對環(huán)境的注重和保證生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)人民生活質(zhì)量的提高，預(yù)計到2010年，天然氣在我國城鎮(zhèn)燃氣中的比例將由目前的33%增加到66%。
我國已有四川、陜甘寧、新疆等三大含氣區(qū)，另外南海西部、鶯歌海盆地、東海等海域已有良好的油氣顯示。加上今后俄羅斯天然氣的引進，長江、珠江三角洲等地區(qū)液化天然氣的進口，我國天然氣的供應(yīng)將得到保證。
正在施工和籌劃中的“西氣東輸”和“俄氣南供”將使沿線的城鎮(zhèn)得以氣化，其中燃氣管道的閥門需求量很大，作為閥門廠家是大有作為的管道的閥門需求量很大，作為閥門廠家是大有作為的。“西氣東輸”工程是將塔里木輪南天然氣東輸，管線由輪南首戰(zhàn)庫爾勒輸出，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇八個省終點至上海的白鶴鎮(zhèn)。管線全長4200Km，管1016mm,輸氣壓力10MPa，預(yù)計2004年底全線貫通。四川盆地的川渝天然氣除本省需求外，未完要東輸由忠縣起經(jīng)湖北至武漢市，再向北到河南省的信陽與塔里木天然氣匯合東輸上海，管道全長811km,計劃2003年建成。管道全長811km,計劃2003年建成。陜甘寧的長慶氣田已于1998年底完成向氣田周邊地區(qū)工程建設(shè)，現(xiàn)已建成天然氣輸氣管線四條：
1、靖轉(zhuǎn)業(yè)軍人至西安、寶雞、銅川；
2、靖邊至寧夏、銀川；
3、靖邊至北京的長輸管線，計劃從北京向東延伸至山東；
4、靖邊至榆林、清榆縣。
“俄氣南供”將按中、俄、韓三國于2000年11月2日簽訂的可行性研究協(xié)議，抓緊實施，計劃2007年建成供東北三省及環(huán)渤海地區(qū)的北京市、天津市、河北省、山東省等七省市。
1．2 閥門殼體材質(zhì)的選用
根據(jù)輸氣管網(wǎng)的壓力，選用合適的閥門殼體材質(zhì)。既要滿足管道安全運行，又要降低成本，選用時要注意以下幾點：
①對中壓B級及以下的輸氣管網(wǎng)，建議采用灰鑄鐵閥門，其大優(yōu)點是防腐蝕性能好，價格便宜，適用于地下管網(wǎng)[1]。
②對次高壓B級及以下的管網(wǎng)，建議選用球墨鑄鐵或鑄鋼閥門，選用前者。球墨鑄鐵的機械性能與鑄鋼相近，而其防腐蝕性能和鑄造工藝都優(yōu)于鑄鋼，價格也低于鑄鋼(一般是鑄鋼價格的70％左右)。因此，上述壓力范圍內(nèi)應(yīng)盡可能選用球墨鑄鐵閥門，但要注意對球墨鑄鐵材質(zhì)的質(zhì)量監(jiān)控。
③對次高壓*及以上的輸氣管網(wǎng)，建議選用鑄鋼閥門。
④近年來，各地燃氣公司開始使用PE管，PE管一般用于0．4MPa壓力級別及以下的輸氣管網(wǎng)。PE球閥可直埋，密封性能較好，但價格較高，尤其是DN100mm以上的球閥。PE球閥目前處于推廣使用階段，目前使用效果反映不一，還需不斷總結(jié)經(jīng)驗[2、3]。
2 常用的天然氣閥門
2．1 天然氣閥門的分類上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。專門用語天然氣管道的閥門。
①RZ系列平行雙閘板閘閥
RZ系列平行雙閘板閘閥可直埋，大公稱直徑可達1600mm，具有以下優(yōu)點：a．裝有閥桿保護套，使閥桿不受腐蝕。b．閥門下部有排污孔，可清掃閥腔底部的污物。c．全通徑設(shè)計，流阻小，可通清管器。d．殼體采用鼠籠框架式加強筋設(shè)計，減輕了閥門的重量，增強了殼體的強度和剛度。e．殼體選用灰鑄鐵制造，價格低廉。f．閘閥帶有全封閉的啟閉指示器，使操作者清楚閥門所處狀態(tài)。RZ系列閘閥自問世至今，大量應(yīng)用在各地燃氣公司天然氣中壓B級管道上，獲得用戶廣泛好評。
②RQZ系列平行雙閘板閘閥
RQZ球墨鑄鐵平行雙閘板閘閥，保留了RZ系列閘閥的特點，在選用材質(zhì)上增強了閥門的抗拉性，將壓力等級提高到了次高壓B級。適用于壓力較低、流速較緩的城區(qū)地下管網(wǎng)，可直埋。其缺點主要是閥體密封面和閘板密封面在全開時與燃氣接觸，容易被帶有粉塵的天然氣高速沖刷而損壞。
③蝶閥
蝶閥與上述閥門相比，口徑較大，價格較低。20世紀80年代初開始，燃氣公司普遍應(yīng)用蝶閥，經(jīng)過10a的使用，認為效果不好，主要有以下原因：a．蝶閥不易關(guān)嚴。b．閥瓣在閥腔中部，流阻大，不能通過清管器。c．由于密封件中一部分是橡膠或聚四氟乙烯，在氣體沖刷下易損壞或脫落，使用壽命短。除特殊位置，燃氣管道上不宜采用蝶閥，一些已經(jīng)使用蝶閥的燃氣公司正在更換其他類型閥門。由于蝶閥結(jié)構(gòu)尺寸較小，也可將蝶閥用于燃氣調(diào)壓箱內(nèi)，可減小空間尺寸。但要選用蝶閥，是金屬密封的多偏心蝶閥。
④平板閘閥
平板閘閥是近年才開始使用的，價格低廉，全通徑時流阻小，兩邊的密封由聚四氟乙烯或橡膠O型環(huán)壓緊在閘板上形成。這種閥門在全關(guān)或全開時中腔有氣，不便于搶修時迅速判斷閥門是否關(guān)嚴。有些廠家制成縮徑的，如DN200mm的平板閘閥內(nèi)徑只有150mm，用戶要特別注意。這種平板閘閥適用于壓力級制較低、公稱直徑較小的管道。
⑤TRZ系列彈性密封閘閥
TRZ系列彈性密封閘閥是一種燃氣強制性密封閥門，可直埋。閘板兩邊密封采用彈性浮動式結(jié)構(gòu)，密封面在全開、全關(guān)及啟閉過程中始終緊貼在一起，適用于較高壓力級制的管道。閥門在全開、全關(guān)時閥腔內(nèi)可達到無氣。放散完閥腔中剩余的燃氣，檢查閥腔內(nèi)無壓力后，可在閥門下游管道施工，縮短了施工前的停氣準備。TRZ系列彈性密封閘閥的連接形式有法蘭式和焊接式2種。焊接式可將閥門與管道直接焊接。其全開時，全通徑，流阻極小，密封面不與介質(zhì)接觸。TRZ系列彈性密封閘閥的缺點是底部結(jié)構(gòu)高度較大，施工時埋深較深，但一般不影響管道鋪設(shè)。
全密封彈性密封燃氣閘閥保留了TRZ系列彈性密封閘閥的優(yōu)點，增加了防止異物掉入閥腔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用效果良好。
⑥RQ系列球閥
球閥因其流阻小、結(jié)構(gòu)高度小、密封性能好等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。球閥品種較多，同一通徑的球閥由于材質(zhì)、工藝或結(jié)構(gòu)不同而價格相差較大。
球閥一般分2種。一種是浮動球球閥，即球體在閥腔內(nèi)可浮動，依靠兩端的密封座壓緊球體而穩(wěn)定。這種球閥只能用于公稱直徑較小(150 mm以下)及壓力級制較低(0．8MPa以下)的管道，否則啟閉扭矩會很大，使用不方便。另一種是固定球球閥，適用于公稱直徑較大(200mm以上)及壓力級制較高的管道。固定球球閥在閥門全關(guān)時，操作力矩較小，便于操作者使用。
RQ燃氣球閥具有以下優(yōu)點：a．耐火性。當發(fā)生火災(zāi)時，燒毀密封座上的聚四氟乙烯材料后，金屬密封座在彈簧的作用下補充軟密封的空間繼續(xù)壓緊閥球，形成金屬對金屬的密封結(jié)構(gòu)，有效阻止燃氣的擴散，防止災(zāi)情擴大。b．防靜電。在球體與閥桿、閥桿與閥體間設(shè)置導(dǎo)電機構(gòu)，使閥門在啟閉過程中產(chǎn)生的靜電通過設(shè)置的靜電通道到達管路導(dǎo)入地下，避免靜電積累導(dǎo)致打火引爆燃氣，確保安全。c．限位加鎖。球閥是旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，容易造成360°旋轉(zhuǎn)，必須設(shè)計限位機構(gòu)，必要時還應(yīng)加鎖，防止操作人員誤操作。d．閥桿防沖擊。閥桿采用下裝式，設(shè)置帶有密封墊片的倒密封結(jié)構(gòu)。倒密封的密封力隨閥腔燃氣壓力的增高而增大，確保閥桿的密封效果。閥桿密封除采用倒密封結(jié)構(gòu)外，還采用特殊的O型環(huán)密封，可使球閥的啟閉力矩較同類球閥小，操作輕便。幾種天然氣閥門的比較見表1。
表1 幾種天然氣閥門的比較
Tab．1 Comparison among natural gas valves
閥門種類 RZ、RQZ系列閘閥 TRZ系閘閥 RQ系列球閥
閥門結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)高度大于球閥，小于平板閘閥 結(jié)構(gòu)高度較大 結(jié)構(gòu)高度較小
適用壓力等級 中壓B級 中壓*、次高壓B級 次高壓B級、*，至10MPa
埋設(shè)方式 適于直埋 適于直埋 不適于直埋，如需直埋，訂貨中應(yīng)注明
啟閉方式 適于地上操作 適于地上操作 一般應(yīng)設(shè)閥門井，如需在地上操作，訂貨注明埋設(shè)深度
啟閉力矩 關(guān)閉和開啟的瞬間扭矩較大，然后明顯減小 扭矩大于RZ、RQZ系列閘閥 扭矩大于TRZ系列閘閥，可增加轉(zhuǎn)圈數(shù)減小扭矩
流阻 大于TRZ與RQ系列燃氣閥門 較小 較小
價格(同規(guī)格) 約為球閥的30% 約為球閥的60%-70% -
密封效果 略差于TRZ與RQ系列閥門 好，應(yīng)為無可察覺的泄漏 好，應(yīng)為無可察覺的內(nèi)泄漏
檢驗閥門關(guān)閉時間 較慢 迅速，檢查閥門中腔可迅速查明密封效果 較慢，需觀察下游端管放散情況才能確定
2．2 全焊接球閥
全焊接球閥兩端具有與管道尺寸一樣的短管，直接焊接在管道上，其優(yōu)點是減輕了球閥的重量，又減少了外泄漏。但是全焊接球閥工藝復(fù)雜，成本較高，建議使用在壓力級別高的管道上，應(yīng)注意以下幾點。
①防腐蝕
全焊接球閥的殼體應(yīng)采用鍛鋼。天然氣含有硫化氫，與鐵反應(yīng)生成硫化鐵，因此殼體內(nèi)的防腐是重點。
②結(jié)構(gòu)
密封件直接影響球閥的質(zhì)量，筆者建議用戶選用具有雙活塞效應(yīng)的閥座。雙活塞效應(yīng)閥座的原理是配有2組閥座密封，如果上游閥座損壞，氣體介質(zhì)進入中腔，借助氣體介質(zhì)的壓力仍能使下游密封起到密封作用。密封如能制成軟硬密封組合就更理想，即聚四氟乙烯為軟密封，不銹鋼金屬彈性環(huán)為硬密封。這樣的軟硬密封組合，不僅增強了密封性，還具有防火功能。當軟密封被火燒毀后，硬密封仍能起到密封作用。還有一種全焊接球閥具有旋轉(zhuǎn)閥座的特殊結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是閥門每次關(guān)閉時閥座都旋轉(zhuǎn)15°，將閥座與球體間的磨損均勻分布于整個閥座，使閥座的使用壽命理論上提高了12倍。閥座旋轉(zhuǎn)有利于密封脂、清洗液或潤滑劑均勻地涂抹在密封表面，這是其他球閥無法實現(xiàn)的。
③強度
全焊接球閥的公稱直徑大于150mm時，應(yīng)采用固定球構(gòu)造。為了減少介質(zhì)對球體和閥桿造成的彎曲應(yīng)力，將閥桿與球體在縱向中心線上聯(lián)成一體，并加大閥桿與球體的連接剛度，提高閥門抵抗介質(zhì)壓力的強度。為了減少球閥的啟閉扭矩，可在閥桿圓周增設(shè)軸承或減摩擦墊片。
④密封脂
對DN400mm以上的全焊接球閥，由于受壓大又是全焊接，不易檢修，應(yīng)加設(shè)緊急加注密封脂的裝置。
2．3 特殊用途的閥門
①調(diào)壓器用緊急切斷閥
調(diào)壓器用緊急切斷閥(也稱安全切斷閥)是燃氣輸配系統(tǒng)中的重要安全保護裝置，它是在截止閥上位或側(cè)位安裝緊急脫扣機構(gòu)，或與調(diào)壓器本體連成一個整體，也可與過濾器連成一個整體，其作用是在調(diào)壓器失靈，造成超壓或失壓后緊急關(guān)閉氣源，保證安全。調(diào)壓器失靈的后果嚴重，選用需謹慎。其與過濾器連為一體時，結(jié)構(gòu)緊湊，能在設(shè)定的超壓和失壓時迅速切斷調(diào)壓器氣源，確保用戶安全。將安全切斷與燃氣過濾功能集于一體，既節(jié)約了空間又能在閥門關(guān)閉后傳出信號，通過自動化監(jiān)控裝置聯(lián)機，可把關(guān)閥調(diào)壓器的位置及時通知給有關(guān)部門，便于迅速搶修。
②燃氣緊急切斷閥
燃氣鍋爐、燃氣空調(diào)等燃氣設(shè)備在發(fā)生燃氣泄漏或其他事故時，燃氣緊急切斷閥快速切斷燃氣來源，防止災(zāi)情擴大，但目前燃氣緊急切斷閥在國內(nèi)還沒有普及。燃氣緊急切斷閥一般與自動化監(jiān)控設(shè)備聯(lián)機，執(zhí)行關(guān)閥指令，因此燃氣緊急切斷閥一般都是電控閥門，主要采用電磁閥和電動閥。電磁閥大多選用進口電磁閥，其反應(yīng)速度快，但流阻大，壓力損失大，而且口徑小。大口徑的電磁閥制造較困難，一般只能做到DN150mm以下，價格較貴。另外，電磁閥是靠電磁場吸住開閥，瞬間失電閥門就會關(guān)閉。對脫鉤式電磁閥，通電脫鉤關(guān)閥，靈敏度很高，速度很快。因為用直流低壓電，有一點干擾或電壓不穩(wěn)就會產(chǎn)生誤動作，影響正常生產(chǎn)。對電動蝶閥，價格較低，容易做成大口徑，啟閉速度較閘閥快，較電磁閥慢；流阻較電磁閥小，較閘閥大；密封性較電磁閥和閘閥都差，而且由于密封隔離寬度小，快速啟閉的速度沖擊容易造成啟閉不足或過頭的現(xiàn)象。對電動閘閥，價格較電動蝶閥高，流阻小，密封性好，但是速度慢，達不到緊急切斷的要求。對電動球閥，流阻小，密封性好，但啟閉速度較慢。RKQ型緊急切斷電動球閥集合了球閥的優(yōu)點，啟閉時間為3．75s，結(jié)構(gòu)上設(shè)計有防靜電和防火功能，可與燃氣泄漏報警器、風(fēng)機等設(shè)備聯(lián)鎖，使用效果較好。
③燃氣止回閥
燃氣儲配站的壓縮機需要配置止回閥，防止燃氣回流進壓縮機。一般燃氣止回閥的主要缺點是閥板隨著壓縮機的往復(fù)運動而振動，與閥體碰撞發(fā)生很大的響聲，容易損壞閥板；另外密封性差。RH型系列燃氣止回閥較好地解決了這些問題，使用效果較好，大公稱直徑達800 mm。
天然氣供應(yīng)方式簡介——輸氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)
天然氣一般通過管道向用戶供氣，目前許多國家的天然氣管網(wǎng)縱橫交錯，設(shè)施完善，跨國輸氣管道的規(guī)劃的建設(shè)活動異?；钴S。前面已提到我國輸氣管道的建設(shè)情況，除了管道天然氣輸送供應(yīng)外，車載液化天然氣和車載壓縮天然氣是兩種比較靈活的供應(yīng)方式。
城鎮(zhèn)的天然氣供應(yīng)，一般從輸氣管道接出管線至門站，具有計量、調(diào)壓、加臭等功能（有的有貯存），城鎮(zhèn)內(nèi)覆設(shè)不同壓力級制的輸氣管道，配氣系統(tǒng)一般由中壓干管接支線至用戶調(diào)壓站（箱）供出的低壓或中壓B級燃氣供民用或鍋爐房及工業(yè)用戶，城鎮(zhèn)燃氣管道設(shè)計壓力P分為7級：
二、天然氣供應(yīng)方式簡介——輸氣系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)
天然氣一般通過管道向用戶供氣，目前許多國家的天然氣管網(wǎng)縱橫交錯，設(shè)施完善，跨國輸氣管道的規(guī)劃的建設(shè)活動異常活躍。前面已提到我國輸氣管道的建設(shè)情況，除了管道天然氣輸送供應(yīng)外，車載液化天然氣和車載壓縮天然氣是兩種比較靈活的供應(yīng)方式。城鎮(zhèn)的天然氣供應(yīng)，一般從輸氣管道接出管線至門站，具有計量、調(diào)壓、加臭等功能（有的有貯存），城鎮(zhèn)內(nèi)覆設(shè)不同壓力級制的輸氣管道，配氣系統(tǒng)一般由中壓干管接支線至用戶調(diào)壓站（箱）供出的低壓或中壓B級燃氣供民用或鍋爐房及工業(yè)用戶，城鎮(zhèn)燃氣管道設(shè)計壓力P分為7級：本文僅介紹配氣系統(tǒng)，燃氣設(shè)計壓力0.4MPa，選用閥門的壓力高為1.6MPa。三、燃氣配系統(tǒng)對閥門原要求閥門的安裝位置及使用場所：燃氣中壓管線上設(shè)在地下閥室內(nèi)，調(diào)壓裝置的前面低壓或中壓B級每個用戶的引入口設(shè)總閥門，分段閥門，每戶及接燃燒總或灶具的管道上裝控制閥門，調(diào)壓總后，計量表的前后均需裝閥門。燃氣配氣系統(tǒng)上一般采用手動閥門，常用的有球閥、蝶閥、閘閥、油密封旋塞閥等。中壓*以下多采用鑄鐵閥門，近年來，氯乙烯管網(wǎng)中開始使用氯乙烯球閥，因為直埋不需建閥室，已被大量采用。
戶內(nèi)管道一般采用鑄鐵制的旋塞閥或銅球閥、鋼球閥。燃氣專業(yè)對閥門的的要求比較高，要具有嚴密性不外漏、不內(nèi)漏、結(jié)構(gòu)合理、操作安全、方便，并有一守的防火性能，在遇火的一段時間不泄漏。我國戶內(nèi)管道閥門產(chǎn)品質(zhì)量比較好，接近國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平。但適應(yīng)戶內(nèi)不同需要，配合新型管材的閥門品種有待拓寬。燃氣管網(wǎng)閥門與同類產(chǎn)品相比，主要差距大于閥門材質(zhì)、加工工藝，產(chǎn)品性能等方面。
3 結(jié)語
①地下管網(wǎng)中壓B級及以下，使用直埋式：RZ系列灰鑄鐵平行雙閘板閘閥或RQZ系列球墨鑄鐵平行雙閘板閘閥。
②地下管網(wǎng)中壓*及以下，使用直埋式RZ、RQZ系列平行雙閘板閘閥或TRZ系列彈性密封閘閥。
③地下管網(wǎng)次高壓B級以下，使用直埋式TRZ系列彈性密封閘閥和固定球燃氣球閥。
④地下管網(wǎng)次高壓*及以上，使用固定球燃氣球閥及全焊接球閥。
⑤儲配站或地面設(shè)備壓力在0．4MPa以下，DN500mm以上的閥門，盡量使用閘閥，可降低成本。
⑥對調(diào)壓裝置和調(diào)壓站，壓力級制較低(0．4MPa以下)時建議采用RZ或RQZ系列平行雙閘板閘閥，也可采用浮動球燃氣球閥；當壓力大于0．8MPa時可用固定球燃氣球閥和TRZ彈性密封閘閥。
⑦在調(diào)壓箱內(nèi)因受空間限制，必須選用蝶閥時應(yīng)選用多偏心蝶閥，密封材料選用聚四氟乙烯或硬密封。
⑧燃氣空調(diào)、燃氣鍋爐、地下廚房用大型燃具使用管道應(yīng)設(shè)置燃氣泄漏報警系統(tǒng)和燃氣緊急切斷電動球閥，燃氣泄漏時快速切斷燃氣來源，確保安全。與本文相關(guān)的論文是：油氣改革拉升閥門行業(yè)
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